Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Этиология и патогенез развития идиопатического сколиоза являются одним из наиболее актуальных вопросов, изучаемых на протяжении многих лет. В последнее время ученые приходят к мнению, что идиопатический сколиоз является мультифакторным заболеванием, в котором наибольшую роль отдают таким факторам, как диспропорциональный костный рост, остеопения, дефицит мелатонина, дисфункция мелатонин-сигнальной системы [1, 2]. Хотя точные патогенетические механизмы до конца не изучены, во многих этих процессах одно из ведущих значений отдают генетическим нарушениям, мутациям и полиморфизмам генов. Прогресс в молекулярной биологии дал возможности для широких геномных исследований, идентификации локусов, связанных с какой-либо патологией, выявления генетических полиморфизмов, предрасполагающих или модифицирующих риск развития многофакторных заболеваний. Изучение генетических ассоциаций является одним из основных подходов в исследовании формирования и предрасположенности к прогрессирующему характеру течения деформации позвоночника у детей с идиопатическим сколиозом в процессе их роста. Однако этот подход может привести к выявлению ложных генетических ассоциаций. С учетом этого важными принципами данной методики исследования являются репликация ассоциаций в различных популяциях и проведение исследования с большим размером выборки [3–5].

Одной из гипотез формирования и развития деформации позвоночника является дегенерация межпозвонковых дисков на вершине деформации с утверждением «дегенерация-воспаление». В настоящее время хорошо известно, что дегенерация межпозвонковых дисков является частью очень сложного каскада реакций, изначально вызванных повышением уровня и активности воспалительных цитокинов. Они увеличивают экспрессию ферментов матричной дегенерации по типу металлопротеиназы. Повышение функциональной активности этих ферментов способствует распаду агреканов, в том числе протеогликанов внеклеточного матрикса, являющихся основой пульпозного ядра и фиброзного кольца межпозвоночного диска. Помимо протеогликанов, эти ферменты активируют расщепление фибриллярных белков внеклеточной матрицы межпозвоночного диска. Кроме этих катаболических процессов, цитокины влияют на клеточный метаболизм.

Во-первых, они подавляют процессы матричного ремоделирования. Во-вторых, цитокины усиливают процессы внутриклеточного катаболизма, что значительно снижает функциональную стабильность межпозвоночных дисков. В-третьих, цитокины способствуют клеточному апоптозу. Возникающий дисбаланс между процессами катаболизма и анаболизма приводит к дегенеративным процессам в межпозвоночных дисках [6, 7]. Интерлейкин-6 (IL-6) является провоспалительным и противовоспалительным цитокином, участвует в регенеративных процессах, в активации иммунной системы, в регуляции метаболизма, в поддержании костного гомеостаза и во многих нервных функциях. Полиморфизм G/C промоторной области гена IL-6 влияет на функциональную активность белка Ил-6. Трансфекция аллеля IL-6-174C в HeLa клетки in vitro привела к снижению продукции IL-6 по сравнению с аллелем IL-6-174G [8–10].

Aulisa et al. в 2007 г. были первыми, кто исследовал роль функционального полиморфизма IL-6 в патогенезе идиопатического сколиоза. В их исследование вошли 53 ребенка с идиопатическим сколиозом и 206 детей контрольной группы. В результате проведенной работы выявлено превышение в 2 раза патологического гена у пациентов с идиопатическим сколиозом по сравнению с детьми из контрольной группы [11]. В 2010 г. ученые из Китая Zhen Liu et al. исследовали полиморфизм IL-6 в своей популяции: в исследование вошли 487 детей с идиопатическим сколиозом и 494 здоровых ребенка, в результате ученые не нашли связи развития деформации позвоночника у детей с идиопатическим сколиозом с полиморфизмом гена IL-6 [12]. В 2015 г. этот же полиморфизм исследовали болгарские ученые S. Nikolova с соавт. на своей популяционной выборке. В исследование были включены 80 пациентов с идиопатическим сколиозом и 160 здоровых детей. Они так же, как и итальянские ученые, получили результаты, где наличие патологического аллеля в группе детей с идиопатическим сколиозом было значительно выше, чем в контрольной группе (70% против 30%) [13]. В 2017 г. ученые Sui W. et all. из Китая вновь исследовали связь полиморфизма гена IL-6 в ассоциации с геном MMP-3 с развитием и прогрессированием идиопатического сколиоза. Существенной разницы между контрольной группой и группой детей с идиопатическим сколиозом обнаружено не было [14].

Как уже говорилось, все генетические теории должны проверяться на нескольких популяциях (минимум на двух) с разным количеством случаев в каждой выборке. Учитывая этот факт, нами было проведено данное исследование.

Целью данной работы явилась проверка гипотезы взаимосвязи полиморфизма гена IL-6-174 (G/C) с формированием и прогрессированием деформации позвоночника при идиопатическом сколиозе в европеоидной популяции.

Материал и методы исследования

В период с 2016 по 2018 гг. нами были обследованы 113 детей с прогрессирующим течением идиопатического сколиоза в возрасте от 14 до 18 лет с законченным костным ростом, тест Риссера 4–5 баллов. В контрольную группу вошли 157 детей 14–18 лет, у которых на момент осмотра не выявлено признаков деформации позвоночника и другой ортопедической патологии. Всем обследуемым было проведено клиническое и молекулярно-генетическое обследование. Подавляющее большинство детей с идиопатическим сколиозом были девочки – 93 человека, мальчиков – 20 человек. В контрольную группу, наоборот, были включены в основном лица мужского пола – 109 человек, женского пола – 48 человек.

Всем детям с идиопатическим сколиозом было проведено стандартное рентгенологическое исследование в объеме: рентгенограммы в двух стандартных проекциях – прямая и боковая, компьютерная томография грудного и поясничного отделов позвоночника по программе «сколиоза». Величина деформации по данным рентгенологических исследований у всех пациентов составляла от 45˚ до 137˚, в среднем 79˚. Кроме этого, у всех пациентов была взята периферическая кровь на молекулярно-генетический анализ. Из лейкоцитов периферической крови выделяли ДНК стандартным методом фенольно-хлороформной экстракции. Анализ генетических полиморфизмов осуществляли наборами реагентов «SNP-Скрин» для определения однонуклеотидных полиморфизмов ДНК методом ПЦР в режиме реального времени на анализаторе CFX96 Touch™ Real-Time PCR DetectionSystem (Bio-Rad, USA). Генотипирование проводили по однонуклеотидному полиморфизму гена IL-6 -174 (G/C).

Статистическая обработка данных произведена с помощью онлайн-калькуляторов медицинской статистики. Использовали равновесие Харди–Вайнберга для оценки соответствия распределения генотипов по изученному полиморфизму и критерий χ² Пирсона для сравнительного анализа распределения частот аллелей и генотипов по тому же полиморфизму в группах пациентов с идиопатическим сколиозом, а также в группе здоровых детей. Статистически значимыми считали различия при p<0,05. Большая часть современных исследований генетической предрасположенности к многофакторным заболеваниям проводится с использованием подхода «случай – контроль». Задачей исследований является поиск аллелей генов, частоты которых значимо различаются в группах пациентов и здоровых индивидов. Для определения генетической предрасположенности при таком многофакторном заболевании, как идиопатический сколиоз, использовали показатель отношения шансов (OR – odds ratio). Значение данного показателя представляет собой отношение шансов события в одной группе к шансам события в другой группе, или во сколько раз вероятность оказаться в группе «случай» (больные) отличается от вероятности оказаться в группе «контроль» (здоровые) для носителя определенного генотипа (аллеля) по изученному полиморфизму. OR= (А/В)/(С/D), где А и В – количество больных, имеющих и не имеющих мутантный аллель, соответственно; а С и D – количество здоровых, имеющих и не имеющих мутантный генотип или аллель, соответственно. По OR можно судить о наличии связи данного генотипа с риском развития заболевания. OR=1 свидетельствует об отсутствии связи данного генотипа с риском развития заболевания; OR>1 означает повышенный риск развития заболевания; OR<1 – отрицательная ассоциация ДНК-маркёра с развитием патологии. Для OR рассчитывался доверительный интервал (CI) при 95%-ном уровне значимости.

Результаты исследования и их обсуждение

Распределение аллелей и генотипов по исследуемому полиморфизму гена IL-6-174 (G/C) в контрольной группе и группе детей с идиопатическим сколиозом представлено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение аллелей и генотипов в контрольной группе и в группе детей с идиопатическим сколиозом

Исходя из полученных данных можно отметить, что патологический генотип С/С в контрольной группе (группе здоровых детей) встречается почти в 5 раз чаще, чем в группе детей с идиопатическим сколиозом: 43,5% против 9%. Появление аллеля C в контрольной группе составляет 190 раз в отличие от группы детей с деформацией позвоночника – 78.

Распределение частот генотипов в выборке детей, не имеющих деформацию позвоночника (в контрольной группе), а также в группе детей с идиопатическим сколиозом соответствует равновесию Харди–Вайнберга (табл. 2, 3)

Таблица 2

Тест Харди–Вайнберга (HWE) для контролей (тест хи-квадрат, df = 1*)

Таблица 3

Тест Харди–Вайнберга для случаев (тест хи-квадрат, df = 1*)

*Примечание. d. f. – число степеней свободы

Для описания многофакторного заболевания, такого как идиопатический сколиоз, мы использовали три модели наследования: мультипликативную, общую и аддитивную (табл. 4, 5, 6). Мультипликативная модель строилась на предположении, что пенетрантность гена IL-6-174 (G/C) зависит от количества копий предполагаемого аллеля риска – аллель С. 

Таблица 4

Мультипликативная модель наследования (тест хи-квадрат, df = 1)

Таким образом, можно сказать, что отношение шансов для носителей аллеля С составило 0,34 (95%-ный СI 0,24–0,49), что говорит об отрицательной ассоциации ДНК-маркёра IL-6 с развитием и прогрессированием деформации у детей с идиопатическим сколиозом. Общая модель наследования показывает распределение встречаемости каждого генотипа в группах контроля и детей с идиопатическим сколиозом.

Таблица 5

Общая модель наследования (тест хи-квадрат, df = 2)

В таблице 5 видно, что патологический генотип С/С не связан с развитием деформации позвоночника в исследуемой группе детей с идиопатическим сколиозом, отношение шансов для генотипа С/С составляет 0,13 (95%-ный СI 0,06–0,26). По аддитивной модели наследования можно предположить, что значение пенетрантности гетерозигот исследуемого гена IL-6-174 (G/C) лежит между значениями пенетрантности для обеих гомозигот.

Таблица 6

Аддитивная модель наследования (тест Кохрана–Армитаджа для линейных трендов, xi = [0,1,2], df = 1)

В аддитивной модели также значение OR для генотипа С/С составляет 0,13 (95%-ный СI 0,06-0,26), что меньше единицы, а следовательно, дает нам право говорить, что и при этой модели наследования патологический аллель не является маркёром развития деформации при идиопатическом сколиозе.

Заключение

Таким образом, в проведенном нами исследовании не было найдено взаимосвязи полиморфизма гена IL-6-174 (G/C) с формированием и прогрессированием деформации позвоночника у пациентов с идиопатическим сколиозом в европеоидной популяции. Эти данные соответствуют результатам, полученным учеными из Китая (Zhen Liu et al. [12], Sui W. [14]), хотя, судя по проведенным ранее исследованиям, в итальянской и болгарской популяциях эти результаты иные [11, 13]. Полученные результаты свидетельствуют лишь о том, что при мультифакторных заболеваниях могут существовать различные генетически пенетрантные варианты, которые, в частности, встречаются одновременно у пациентов с идиопатическим сколиозом, взаимодействуя и увеличивая или уменьшая вероятность развития деформации позвоночника. В дополнение к генетическим факторам могут оказывать влияние факторы окружающей среды, которые влияют на пациентов, предрасположенных к идиопатическому сколиозу, но не имеют влияния в контрольной группе. Кроме того, люди, не страдающие сколиозом и попавшие в контрольную группу, но имеющие тем не менее предрасположенность к заболеванию, могут просто не подвергаться в своей жизни воздействию тех факторов окружающей среды, которые способствуют формированию сколиоза.